试验二十四最大泡压法测定溶液的表面张力汇总

1、深圳大学实验报告课程名称： 物理化学实验（ 2） 实验项目名称：实验三 最大泡压法测定溶液的表面张力 学院： 化学与化工学院专业：指导教师：报告人： 学号： 班级：实验时间： 2012.11.09实验报告提交时间： 2012.11.23教务部制、 目的要求1、了解表面张力的性质，表面、表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。2、掌握用最大气泡压法测定表面张力的原理和技术。3、测定不同浓度正丁醇 /水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。、实验原理1 、表面张力 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产 生新的表面 A，就需对其做功

2、，其大小应与 A 成正比：W A(1)它表示液体表面自动缩小趋势的大小，称为比表面自由能，其量纲为J m-2。因其量纲又可以写成 N m 1, 所以还可称为表面张力。其物理意义是沿着与表面相切的方向垂直作用于表面单位长 度上的力。2 、溶液的表面吸附根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间 的关系遵守吉布斯 (Gibbs) 吸附方程 ：RcT ( ddc )T式中：为溶质

3、在气液界面上的吸附量(单位为mol m-2)；T 为热力学温度( K)；c 为稀溶液浓度( molL-1 )； R为摩尔气体常数 。当 ( d 0称为正吸附；当 ( d )T 0时， 0称为负吸附。上述形式仅适用于稀。 dc T dc前者表明加入溶质使液体表面张力下降， 此类物质叫表面活性物质； 后者表明加入溶质使液体表面 张力升高，此类物质叫非表面活性物质。本实验测定正吸附情况。3、饱和吸附量和溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量与浓度c 之间的关系，可用Langmuir 吸附等温式表示式中为饱和吸附量，Kc1 Kc3)K 为经验常数，其值与溶质的表面活性大小有关。将上式两边取倒数，即可

4、化成如下直线方程c 1 Kc 1KK以 c/ 对 c 作图，得一直线，该直线的斜率为如果以 N 代表 1m2表面上溶质的分子数，则有：(5)其中： L 为阿伏加德罗N常数，由此可得每L个溶质分子在表面上所占据的横截面积为：（6）1BL4 、表面张力的测定方法最大泡压法 当毛细管下端端面与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。打开抽气瓶（滴液漏斗）的活塞缓 缓放水抽气，此时测定管中的压力 Pr 逐渐减小，毛细管中的大气压 P0 就会将管内液面压至管口，并形 成气泡。其曲率半径恰好等于毛细管半径 r 时，根据拉普拉斯（ Laplace ）公式，此时能承受的压力差最 大：2P M A XP 0（7）

5、 P rr其中 r 为毛细管的曲率半径 随着放水抽气，大气压力将把该气泡压出管口。曲率半径再次增大，此时气泡表面膜所能承受的压 力差必然减少，而测定管中的压力差却在进一步加大，故立即导致气泡的破裂。最大压力差可通过数字 式微差测量仪得到。用同一个毛细管分别测定具有不同表面张力（1 和 2）的溶液时，可得下列关系PMAX .11 2 K P MAX .1 （ 8）PMAX .2其中： K 称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。、实验仪器和实验试剂仪器：表面张力测定装置一套DP A 精密数字压力计试剂：蒸馏水 H 2O、洗耳球、滴管 、 1000mL 烧杯 ，100mL 小烧杯0.05、0

6、.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 moldm -3 正丁醇水溶液、实验操作步骤1、开启 DP A 精密数字压力计的电源开关，预热5min。减压瓶内注入水，开启减压瓶上方的旋塞使系统与大气相通， 按 DPA 精密数字压力计的 “采零 ”键，使读数为零， 然后再将减压瓶上方的旋塞关 闭。2、测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，慢慢打开抽气瓶活塞排水，当气泡形 成的速度保持稳定时，记录最大的压强差，重复测量 3 遍，记录。3、同上法，测量 0.05、 0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 moldm-3 正丁醇水溶液。4、实验结束，彻底洗净测

7、定管，注入蒸馏水到和毛细管相切位置。关闭仪器的电源。整理实验台面。、实验原始数据记录实验温度： 29.4实验大气压： 101.59kPa浓度/ moldm-3水0.050.10.20.30.40.50.7p1/kPa-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29p2/kPa-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29p3/kPa-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29p平均/kPa-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29/1-03N.m-1726

8、2.758.148.042.337.735.230.1、实验数据处理实验数据处理如下所示：室温 29.4大气压 Pa101150溶液浓度0.000.050.100.200.300.400.500.70Pmax1-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29Pmax2-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29Pmax3-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29pmax-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29*1E3/Nm-17262.758.148

9、.042.337.735.230.1Ln c-2.996-2.303-1.609-1.204-0.916-0.693-0.357/ Nm-10.0720.06270.05810.04800.04230.03770.03520.0301直线斜率-0.0771吸附量/molm-23.11E-051、计算 K值已知 29下，水的表面张力为 71.35mN/m。PMAX .1根据 1 2PMAX .2 K PMAX .1PMAX .2则 K= 71.35/690=0.1034N/ (mPa)2、用 Excel程序代入实验所得数据， ln c 等温线如下所示：由上所示， 实验 ln c 等温线方程为 y

10、 0.0771x2.0188，R20.9866，相关性相对比较大，cdRT( dc ) T实验结果相对比较可靠。即得实验的斜率为 K 0.0771，即代入实验原理的（ 2）方程，则得（ cRT） K，代入数据得不同浓度的正丁醇的表面吸附量 为：溶液浓度 （molL）0.050.100.200.300.400.500.70表面吸附量1.5563.1126.2249.33612.44815.56021.783（mol）106106106106106106106、实验问题讨论1、在测量中，如果抽气速度过快，对测量结果有何影响 ?答： 本实验的关键在于控制抽气速率， 气泡形成的速率应保持稳定， 若抽气

11、速率过快，气泡形成过快， 使测量读数偏高，影响测量结果。即气泡逸出速度速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定； 致使压力计的读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。2、如果将毛细管末端插入溶液内部进行测量行吗？为什么？答：不行。如果那样做就会在毛细管中产生一段水柱，产生压力，则测定管中的压力就会变大，使测 量结果变大。即将毛细管末端插入到溶液内部时，毛细管内会有一段水柱，产生压力P，则测定管中的压力 Pr 会变小， pmax 会变大，测量结果偏大。3、本实验中为什么要读取最大压力差？答：如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这 时曲率半径最

12、大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径 R 和毛细 管半径 r 相等，曲率半径达最小值，根据拉普拉斯 （Laplace） 公式，此时能承受的压力差为最大： pmax = p0 - pr = 2 /。气泡进一步长大， R 变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。最大压力差 可通过数字式微压差测量仪得到。4、表面张力仪（玻璃器皿）的清洁与否和温度的不稳定对测量数据有何影响？ 答：仪器系统的气密性，测定用的毛细管是否干净，实验中气泡是否平稳流过等都对实验数据有一定 影响， 表面张力仪有一定的常数，清洁与否直接导致常数的改变， 温度不同，液体的表面张力不同， 测出的数据也有偏差，而温度越高，仪器常数就越小，这些都影响数据的测定。、实验注意事项1、抽气瓶放水的速率不能过快，抽气瓶中的蒸馏水小于一半时应将烧杯中的水注入抽气瓶中。2、测定管润洗时弯管口中不能进水。3、加入待测液时应从测定管的弯管口对侧加入，并且尽量不要使待测液进入到弯管里面。4、测定管和毛细管在进行测量的时候应该垂直向下。实验结论： 本次实验利用表面张力的性质，用最大泡压法测定不同浓度下正丁醇溶液的表面张 力以及其表面吸附量，实验得到 ln c 等温线方程为 y0.0771x2.0188，R20.9866， 相关性相对比较大，实验结果相对